地球绕
自转轴自西向东的转动。地球自转是
地球的一种重要运动形式,自转的平均
角速度为 7.292×10^(-5)弧度/秒,在地球
赤道上的自转
线速度为 466 米/秒。
地球自转演变
太阳在运行中捕获了地球,地球产生公转F和自转f,如果
原始地球不存在自转,
地球公转线速度F和地球赤道自转线速度f是相等的。
地球公转轨道线速度(平均)为:29.8公里/秒=107280公里/小时。
地球最初的自转一周时间为:
地球自转一周时间=赤道周长/赤道线速度=40076公里/107280公里/小时=0.37小时。
在距今5.43亿年,
太阳捕获地球,地球开始有了阳光,
地质时期进入显生宙的
古生代,
冰川融化,
生物界开始爆发式出现即开始复活,在
岩石建造上出现大量的
灰岩。
从地球最初自转一周0.37小时,经过5.43亿年,地球自转一周为24小时,减慢了:
24小时-0.37小时=23.63小时=83880秒。
减慢速率为:83880秒/543000000年=0.00015秒/年。
周期性变化
20世纪50年代从天文
测时的分析发现,地球自转速度有
季节性的
周期变化,春天
变慢,秋天变快,此外还有半年周期的变化。
周年变化的
振幅约为20~25毫秒,主要是由风的季节性变化引起的。
不规则变化
地球自转还存在着时快时慢的不规则变化。其原因尚待进一步分析研究。
振动数能
美国国立标准技术研究所(
NIST)的观察结果表明,长时期以来呈减慢趋势的地球自转速度自1999年开始加快。NIST的时间测定师们称,为调准以地球自转速度为标准的
地球时间和
原子时钟的时间,自1972年起到1999年的27年来为地球的标准时钟追加过共22
闰秒的时间,但1999年后却没有追加过闰秒,是因为地球的自转速度加快了。
格林威治时间所说的一秒是一天的8.641万分之一,而1972年制作的地球时钟所定义的一秒是从铯原子中放射出的光振动91亿9千2百63万1千7百70次所需要的时间。
与铯原子振动数能维持一定速度相比,以地球的自转为准的
格林威治标准时间是发生变化的,闰秒就是为了解决这种问题产生的一种
时间概念。
ω=2π/(24×3600s)=7.27/100000 rad/s
取用恒星或简单考虑太阳建
参考系,综合考虑地球本身的自转和公转,每日(24 hr)地球的自转角度超过一圈(2π),公转一圈会积累2π的差角。考虑此差角的影响,即地球自转周期有所缩短。现简单认为一年有365天,将上式做订正如下:
ω=2π/(24×3600s×365/366)=7.292/100000 rad/s
变化原因
日本
东京工业大学的一个研究小组在美国《科学》杂志上发表论文称,
地幔最深层处矿物的导电性能远高于下层地幔的其他部分,这可能是使地球自转速度发生
周期性变化的重要原因。 地球自转一周耗时23小时56分,约每隔10年
自转周期会增加或者减少千分之三至千分之四秒。但是科学家们尚不清楚自转周期发生这种变化的具体原因。
东京工业大学教授广濑敬的研究小组人员之前发现与
地核相邻的
地幔最深层处存在厚约200公里的矿物层,他们给这种矿物起名为后
钙钛矿。 在研究中,
科研人员在实验室中模拟了后钙钛矿在地球内部所处的环境,即约130万
标准大气压、2500
摄氏度,并在这种状态下测定了后钙钛矿的
导电率,他们发现后钙钛矿层的导电性能是下层地幔其他部分的10倍至1000倍。
研究人员认为,流经后钙钛矿层的电流较强,这加强了固态地幔与液态外层地核之间的电磁
耦合作用,结果导致地球自转发生周期性的微小变化。
速度计算
①除南北极点外,地球上各点自转
角速度均为15°/小时。
②地球自转的线速度,赤道最大,从赤道向两极越来越小,两极为零。
③已知地球表面某点纬度为φ,
地球半径为R,该点的线速度为v, 则v=2πRcosφ/24,
④若求距地面某点(纬度为φ)高度为h上空,同步卫星的自转速度为u ,
则u=2π(Rcosφ+h)/24。
⑤
纬度值为φ的纬线上,其线速度为v=1670·cosφkm/h。
⑥地球的自转速度计算,地球的赤道是L=2πr=2×3.14×6400km=40192km (圆的周长公式),地球自转一圈是24小时,v=L/t=40192km/24=465.18m/s (速度的定义——路程除以时间),所以地球的自转速度为465.18m/s。
自转地理意义
1.是地球有生命的根源之一。东、
西半球发生
昼夜交替2.不同地方的时间差异
(1)经度不同,
地方时不同,经度相差15度,时间相差1小时。日界线:
国际日期变更线,
180度经线。
(6)
北京时间:
东八区区时(东经120度的地方时)
(2)全球被划分为24个时区。
(3)各时区区时采用本时区
中央经线(时区数乘以15度)的地方时。
(4)时差:相差1经度,时差4分钟。
3、物体偏向